EP1415124B1 - Korrektur des temperaturfehlers bei einer messung mit einem koordinatenmessgerät - Google Patents
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- EP1415124B1 EP1415124B1 EP02754980A EP02754980A EP1415124B1 EP 1415124 B1 EP1415124 B1 EP 1415124B1 EP 02754980 A EP02754980 A EP 02754980A EP 02754980 A EP02754980 A EP 02754980A EP 1415124 B1 EP1415124 B1 EP 1415124B1
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- G—PHYSICS
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- G01B21/045—Correction of measurements
Definitions
- Coordinate measuring machines play a central role in the quality control of manufactured components.
- buttons of the coordinate measuring machine When measuring with a coordinate measuring machine outside of air-conditioned rooms or cabins, then the buttons of the coordinate measuring machine must be recalibrated again and again in relatively short time intervals. Because even slight deviations from the reference temperature, for which a calibration has been carried out once, lead to measurement errors due to the thermal expansion of the length of the probe.
- buttons are replaced successively and these buttons are taken either from a filing cabinet or built on the edge of the measuring range magazine, the temperature may have changed in the meantime. Accordingly, each time a probe is changed, it would have to be recalibrated to obtain accurate measurements. This slows down the entire measurement process and is particular disadvantageous in the manufacturing sector, where fast measurement results are required.
- US-B-6,167,634 describes a method for correcting the temperature error in a measurement with a coordinate measuring machine, in which the required correction data from calibration data are determined, which are calculated from measurements of an external interferometer.
- the object of the invention is to further simplify the temperature correction of measurements with coordinate measuring machines.
- the temperature found here is a temperature that was encountered without a specific setting, for example in a temperature control cabin. For example, such a temperature is found in the morning at the beginning of work or later in the day.
- a CMM is naturally tempered to the temperature of the room in which it is located.
- the determination and recording of the found temperature and / or the calibration data is performed by the coordinate measuring machine.
- Calibration data is understood to mean data about the length or rotation, generally the geometry of a part of the coordinate measuring machine.
- the calibration data represents the deviation from the reference point in the form of a vector. They are calculated from the recorded machine coordinates.
- the contemplated parts of the CMM may be, for example, the uprights, the arms, the quill or the rotary-pivot joint, the probe or styli, each alone or in combination.
- at least one stylus or stylus combination is selected as the at least one part of the coordinate measuring machine.
- the above step is repeated at least once.
- the repetition carried out at a later time records the new temperature and the associated calibration data found at the later time. This creates a quasi-historical collection of different temperatures and associated calibration data. For example, temperatures and calibration data are determined each morning during the initial calibration of the CMM.
- temperature correction data for the at least one part of the coordinate measuring machine is determined.
- This can be a simple linear compensation with the aid of the determined from the determined data thermal expansion coefficient.
- a nonlinear compensation is possible, for example by adaptation of polynomials.
- a multi-dimensional adaptation for example for the description of twists, which can be caused by asymmetries in the probe.
- Such warps can be described by a combination of rotation matrices and expansion operators (multiplications, possibly in conjunction with translations). With the help of these data z.
- the length scales of the CMM the length of the arms of a CMM, z. B. a stand CMM, or the dimensions of the probe or stylus can be corrected.
- the temperature of the at least one part of the coordinate measuring machine encountered during the measurement becomes Destimmt.
- the measurement of the temperature may take place during the process immediately before or immediately afterwards, at least in such close temporal proximity, that the temperature of the part of the coordinate measuring machine at the time of the length measurement can be deduced.
- the temperature can be measured in at least three ways. First, it can be measured on the workpiece. Since, in fact, the temperature of a part of the coordinate measuring machine is to be determined, a determination of the temperature of the workpiece, from which it should be concluded that the temperature of the part of the coordinate measuring machine, is rather imprecise. The temperature of the workpiece and the temperature of the part of the CMM do not have to match. Second, the temperature in the vicinity of the part of the coordinate measuring machine can be measured, and third, the temperature at the part of the coordinate measuring machine itself can be measured. The latter is clearly the most accurate method.
- suitable temperature correction data for the at least one part of the coordinate measuring machine can be determined from the stored correction data.
- the method according to the invention can generally be used for temperature corrections. It is hard to beat in its simplicity. In particular, there is no need for separate temperature control of the CMM, for example in a cabin. From the empirically observed and recorded measurement history, the relationship for the temperature correction is derived. The natural temperature fluctuations in a laboratory between summer and winter and due to other influences such as weather, heating, etc. are exploited and logged.
- the inventive method is applied to a stylus, or to a stylus combination. It is particularly advantageous if a coordinate measuring machine is used which is completely thermally corrected up to the zero point or reference point R (see FIG. 2) of the stylus. Then only the temperature correction of the stylus remains, which can be carried out according to the invention.
- the temperature correction data for each individual stylus can be determined individually and used specifically for this stylus only.
- the inventive method can be applied individually to each stylus of the stylus combination.
- the temperature of a stylus can be easily determined by determining the temperature on the stylus of the stylus (see below). It would be best to measure the temperature near the center of the stylus.
- the temperature of the replaced stylus combination is measured. From the difference to the temperature at which the respective stylus combination has been calibrated (reference temperature, see below) and taking into account the stylus lengths (LX or LZ, ie the length in the x or z direction, see FIG. 1 and FIG. 2) and the expansion coefficients of the probe material (temperature correction data) from the measurement history, the length expansion to be corrected is calculated. This applies to the linear case that the substitute stylus combination expands homogeneously and without twisting in all axial directions.
- Correction of the thermal expansion of the stylus is accomplished by measuring the distance of the stylus of the stylus from the stylus to be considered for correction with the thermal expansion coefficient and the difference between the measured temperature and the temperature at which this probe configuration calibrates was, ie the reference temperature is multiplied.
- L T L 0 ⁇ ( 1 + ⁇ ⁇ ⁇ T )
- temperatures and calibration data obtained from the measurement history for the determination of the temperature correction data or of the thermal expansion coefficient are weighted according to the difference of the temperature associated with the calibration data to a reference temperature.
- the temperature correction data can be adaptively improved. In this way, over a relatively short period of time, sufficiently accurate temperature correction data can be determined for the practice. With continuous recording, such as every morning, it is also possible to consider creeping changes in the stylus or other observed part of the CMM, e.g. B. only temperature and calibration data of the last year (or any other meaningful period) are used to determine the correction data.
- the inventive method is integrated into existing coordinate measuring machines, preferably in the form of a control program that runs on the computer that controls the coordinate measuring machine anyway.
- a stylus is shown, for example, via the changing device described in US-PS 4,637,119 automatically from a constructed on the edge of the measuring range of the respective coordinate measuring machine magazine can be changed.
- a change plate 1 is provided, on the upper side of which three cylinder bodies are arranged offset by 120 °. With these cylinder bodies, of which only one cylinder body, the cylinder body 9a can be seen in the illustration of FIG. 1, the change plate 1 reproducibly applies to a corresponding abutment on the underside of the probe on the coordinate measuring machine.
- the exchange plate 1 carries on its underside a mounting cube 3, to which up to five styli or stylus combinations can be screwed projecting in all directions. In the illustration shown in Fig. 1, only a stylus 4 is attached to the underside of the mounting cube 3.
- the plate-shaped holder 1 is also provided with a circumferential groove 2. In this groove engages a fork-shaped carrier of the magazine (not shown), in which the button is stored.
- the temperature sensor for determining the temperature of the stylus 4 should be in good thermal contact with the stylus. It can for example be integrated in the stylus (see DE 88 13 875 U1). If the probe and stylus made of a material with good thermal conductivity such. As steel or aluminum, it may be sufficient to use the sensor in the receiving plate, which serves to attach the stylus. Due to the thermal conductivity, the complete unit to be exchanged, consisting of holder and stylus, quickly picks up the temperature of the probe or it quickly comes to a temperature compensation.
- the temperature sensor is integrated in the holder 1.
- a sensor 7 preferably in the form of a Platinum resistance, is used. This sensor 7 is in good thermal contact with the stylus 4 and the other attachable to the mounting cube 3 styli due to the good thermal conductivity of the metallic material from which the parts 1, 3 and 4 are made.
- the ends of the measuring resistor 7 are placed on pins 5 at the top of the adapter plate 1. In this way, the voltage drop across the measuring resistor is transmitted to corresponding mating contacts in the probe. The transmitted voltage is evaluated by a downstream measuring electronics (not shown).
- the complete probe 14 is mounted with the stylus 18 resiliently mounted therein via an extension piece 12 on the plate-shaped holder 11, which carries the change surface for an automatic replacement of the measuring arm of a coordinate measuring machine.
- the housing of the probe 14, the extension 12 and the exchange plate 11 and the parts connecting the union nuts 13a, 13b are made of aluminum and are - due to the good thermal conductivity of the material - at the same temperature.
- a temperature sensor 17 which is not visible in the plan view according to FIG. 2, is integrated into the changeover plate 11. Also, the temperature sensor 17 is a measuring resistor, preferably in Four-wire technology is operated. Its connections are placed on four visible in the plan view of FIG. 2 contact pins 15 of the exchange plate.
- the temperatures of other components of a coordinate measuring machine such. B. that of the scales recorded.
- the circuit complexity can therefore be kept low because the temperatures of the various measuring points (scale, workpiece, stylus) can be queried and evaluated in multiplex mode by a processor.
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Description
- Koordinatenmessgeräte (KMG) spielen eine zentrale Rolle bei der Qualitätskontrolle von gefertigten Bauteilen.
- Wenn mit einem Koordinatenmessgerät außerhalb von klimatisierten Räumen oder Kabinen gemessen wird, dann müssen die Taster des Koordinatenmessgeräts in relativ kurzen Zeitabständen immer wieder neu kalibriert werden. Denn schon geringe Abweichungen von der Bezugstemperatur, für die eine einmal durchgeführte Kalibrierung vorgenommen wurde, führen aufgrund der thermischen Längenausdehnung der Taster zu Messfehlern. Ein Aluminiumtaster mit einer Länge von 100 mm dehnt sich beispielsweise bei einer Temperaturerhöhung von 1,1°C um 2,5 µm aus. Dieser Fehler kann die zulässige Messunsicherheit des verwendeten Koordinatenmessgerätes bereits übersteigen.
- Da bei einem Messvorgang für ein komplettes Werkstück in der Regel mehrere unterschiedliche Taster nacheinander eingewechselt werden und diese Taster entweder aus einem Ablageschrank oder einem am Rande des Messbereiches aufgebauten Magazin entnommen werden, kann sich deren Temperatur zwischenzeitlich geändert haben. Entsprechend müsste nach jedem Tasterwechsel wieder neu kalibriert werden, um genaue Messungen zu erhalten. Dies verlangsamt den gesamten Messablauf und ist insbesondere im Fertigungsbereich nachteilig, wo schnelle Messergebnisse gefordert werden.
- Die vorstehend genannten Schwierigkeiten lassen sich dadurch umgehen, dass die Taster aus Materialien mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie z. B. Invar gefertigt werden. Es sind auch Taststifte bekannt (siehe DE 297 04 636), die aus mindestens zwei Materialien bestehen, von denen eines einen positiven und eines einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Die effektive Länge des Taststifts und die thermischen Ausdehnungskoeffizienten bzw. die Materialien werden derart gewählt, dass die Länge des Taststifts sich mit der Temperatur kaum ändert. Eine mögliche Materialkombination ist kohlefaser-verstärkter Kunststoff (CFK) mit einem negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zusammen mit Stahl, Aluminium und/oder eventuell keramischem Material. Taststifte aus diesen Materialien sind jedoch in der Herstellung aufwendig. Eine Umstellung der Taster auf diese Materialen ist deshalb nicht ohne weiteres möglich.
- Ein weiteres Verfahren zur Reduzierung von Temperatureinflüssen bei Koordinatenmessgeräten ist in der DE 36 31 825 beschrieben. Bei dem beschriebenen Verfahren werden die benötigten Temperaturen bzw. Korrekturdatensätze bei mehreren unterschiedlichen Temperaturen ermittelt und im Rechner des Koordinatenmessgeräts gespeichert. Das Koordinatenmessgerät wird zur Temperierung mit einer wärmeisolierenden Kabine umgeben. In die Kabine wird temperierte Luft eingeblasen. Die Temperatur der eingeblasenen Luft wird gemessen und zur Auswahl des aktuell benötigten Korrekturdatensatzes verwendet.
- Am einfachsten ist es, wenn die thermische Längenausdehnung zugelassen wird und eine nachträgliche Korrektur der Messergebnisse anhand der Temperaturwerte und entsprechend ermittelter Korrekturdaten erfolgt.
- Dazu beschreibt die US-B-6,167,634 ein Verfahren zur Korrektur des Temperaturfehlers bei einer Messung mit einem Koordinatenmessgerät, bei dem die benötigten Korrekturdaten aus Kalibrierdaten ermittelt werden, die aus Messungen eines externen Interferometers berechnet werden.
- Aufgabe der Erfindung ist es, die Temperatur-Korrektur von Messungen mit Koordinatenmessgeräten weiter zu vereinfachen.
- Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
- Erfindungsgemäß erfolgen zunächst eine Bestimmung und Aufzeichnung der vorgefundenen Temperatur von wenigstens einem Teil des Koordinatenmessgeräts und eine zugehörige Bestimmung und Aufzeichnung von Kalibrierdaten des wenigstens einen Teils des Koordinatenmessgeräts bei der vorgefundenen Temperatur. Die vorgefundene Temperatur ist dabei eine Temperatur, die ohne eine gezielte Einstellung etwa in einer Temperierungskabine angetroffen wurde. Beispielsweise wird eine derartige Temperatur morgens früh zu Arbeitsbeginn oder im weiteren Verlauf des Tages vorgefunden. Ein KMG ist natürlicherweise auf die Temperatur des Raums temperiert, in dem es sich befindet.
- Die Bestimmung und Aufzeichnung der vorgefundenen Temperatur und/oder der Kalibrierdaten wird durch das Koordinatenmessgerät durchgeführt.
- Unter Kalibrierdaten werden Daten über die Länge oder Drehung, allgemein die Geometrie eines Teils des Koordinatenmessgeräts verstanden. Die Kalibrierdaten geben die Abweichung vom Bezugspunkt in Form eines Vektors wieder. Sie werden aus den aufgenommenen Maschinenkoordinaten berechnet.
- Die betrachteten Teile des KMG können beispielsweise die Ständer, die Arme, die Pinole oder das Dreh-Schwenk-Gelenk, der Tastkopf oder die Taststifte, jeweils allein oder in Kombination, sein. Für den vorliegenden Fall wird als das wenigstens eine Teil des Koordinatenmessgeräts wenigstens ein Taststift oder eine Taststiftkombination gewählt.
Der vorgenannte Schritt wird mindestens einmal wiederholt. Bei der zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführten Wiederholung werden die zu dem späteren Zeitpunkt vorgefundene neue Temperatur und die zugehörigen Kalibrierdaten aufgezeichnet. Es entsteht so eine quasi historische Sammlung von unterschiedlichen Temperaturen und zugehörigen Kalibrierdaten. Beispielsweise werden Temperaturen und Kalibrierdaten jeden Morgen bei der initialen Kalibrierung des Koordinatenmessgeräts bestimmt. - Aus den aufgezeichneten Temperaturen und zugehörigen Kalibrierdaten werden Temperatur-Korrekturdaten für das wenigstens eine Teil des Koordinatenmessgeräts ermittelt. Dabei kann es sich um eine einfache lineare Kompensation mit Hilfe des aus den ermittelten Daten bestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten handeln. Ebenso gut ist eine nichtlineare Kompensation möglich, etwa durch Anpassung von Polynomen. Auch denkbar ist eine mehrdimensionale Anpassung, etwa zur Beschreibung von Verwindungen, die durch Asymmetrien im Tastkopf hervorgerufen werden können. Derartige Verwindungen können durch eine Kombination von Drehmatrizen und Dehnungsoperatoren (Multiplikationen, ggf. in Verbindung mit Translationen) beschrieben werden. Mit Hilfe dieser Daten können z. B. die Längenmaßstäbe des KMG, die Länge der Arme eines KMG, z. B. eines Ständer-KMG, oder die Abmessungen des Tastkopfes oder Taststifts korrigiert werden.
- Bei der tatsächlichen Durchführung einer Messung mit Hilfe eines Koordinatenmessgeräts wird die bei der Messung angetroffene Temperatur des wenigstens einen Teils des Koordinatenmessgeräts Destimmt. Die Messung der Temperatur Kann während des Vorgangs unmittelbar vor oder unmittelbar danach erfolgen, jedenfalls in so enger zeitlicher Nähe, dass auf die Temperatur des Teils des Koordinatenmessgeräts zum Zeitpunkt der Längenmessung geschlossen werden kann.
- Die Temperatur kann dabei auf mindestens drei Weisen gemessen werden. Sie kann erstens am Werkstück gemessen werden. Da eigentlich die Temperatur eines Teils des Koordinatenmessgeräts bestimmt werden soll, ist eine Bestimmung der Temperatur des Werkstücks, aus der auf die Temperatur des Teils des Koordinatenmessgeräts geschlossen werden soll, eher ungenau. Die Temperatur des Werkstücks und die Temperatur des Teils des Koordinatenmessgeräts müssen nicht übereinstimmen. Zweitens kann die Temperatur in der Nähe des Teils des Koordinatenmessgeräts gemessen werden, und drittens kann die Temperatur an dem Teil des Koordinatenmessgeräts selbst gemessen werden. Letzteres ist klarerweise die exakteste Methode.
- Aufgrund der bei der Messung bestimmten Temperatur des wenigstens einen Teils des Koordinatenmessgeräts können geeignete Temperatur-Korrekturdaten für das wenigstens eine Teil des Koordinatenmessgeräts aus den gespeicherten Korrekturdaten ermittelt werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein für Temperaturkorrekturen einsetzbar. Es ist in seiner Einfachheit kaum zu überbieten. Insbesondere bedarf es keiner gesonderten Temperierung des KMG etwa in einer Kabine. Aus der empirisch beobachteten und aufgezeichneten Messhistorie wird der Zusammenhang für die Temperaturkorrektur abgeleitet. Dabei werden die natürlichen Temperaturschwankungen in einem Labor zwischen Sommer und Winter und aufgrund sonstiger Einflüsse wie Wetter, Heizung, etc. ausgenutzt und protokolliert.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird auf einen Taststift angewandt, bzw. auf eine Taststiftkombination. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Koordinatenmessgerät verwendet wird, das bis zum Nullpunkt bzw. Referenzpunkt R (siehe Fig. 2) des Taststifts vollständig thermisch korrigiert ist. Dann verbleibt nur noch die Temperaturkorrektur des Taststifts, die erfindungsgemäß durchgeführt werden kann.
- Um die Genauigkeit weiter zu erhöhen, können die Temperatur-Korrekturdaten für jeden individuellen Taststift einzeln bestimmt und gezielt nur für diesen Taststift verwendet werden.
- Bei einer Taststiftkombination kann das erfindungsgemäße Verfahren auf jeden Taststift der Taststiftkombination einzeln angewandt werden.
- Die Temperatur eines Taststifts kann auf einfache Weise durch Bestimmen der Temperatur am Aufnahmeteller des Taststifts erfolgen (siehe unten). Optimal wäre es, die Temperatur in der Nähe der Mitte des Taststifts zu messen.
- Beispielsweise nach jedem Tasterwechsel wird die Temperatur der eingewechselten Taststiftkombination gemessen. Aus der Differenz zu der Temperatur, bei der die betreffende Taststiftkombination kalibriert worden ist (Referenztemperatur, siehe unten) und unter Berücksichtigung der Taststiftlängen (LX bzw. LZ, d. h. der Länge in x- oder z-Richtung, siehe Fig. 1 und Fig. 2) sowie dem aus der Messhistorie erschlossenen Ausdehnungskoeffizienten des Tastermaterials (Temperatur-Korrekturdaten) wird die zu korrigierende Längenausdehnung berechnet. Dies gilt für den linearen Fall, dass sich die eingewechselte Taststiftkombination in allen Achsrichtungen homogen und ohne Verwindungen ausdehnt.
- Die Korrektur der thermischen Längenausdehnung des Taststifts erfolgt, indem die Entfernung des Mittelpunkts der Tastkugel am Taststift von dem für die Korrektur in Betracht zu ziehenden Referenzpunkt am Aufnahmeteller mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und derjenigen Temperatur, bei der diese Tasterkonfiguration kalibriert wurde, d.h. der Referenztemperatur, multipliziert wird.
- In mathematischen Formeln ausgedrückt ergibt sich folgendes: Sei LT die Entfernung des Mittelpunkts der Tastkugel am Taststift von dem für die Korrektur in Betracht zu ziehenden Referenzpunkt am Aufnahmeteller bei der Temperatur T und L0 dieselbe Länge bei einer Referenztemperatur T0 von z. B. 20°C. Dann ist - in linearer Näherung - die Länge LT gegeben durch:
-
-
-
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die aus der Messhistorie gewonnenen Temperaturen und Kalibrierdaten zur Bestimmung der Temperatur-Korrekturdaten bzw. des thermischen Ausdehnungskoeffizienten entsprechend der Differenz der zu den Kalibrierdaten gehörigen Temperatur zu einer Referenztemperatur gewichtet werden. Je größer die Temperaturdifferenz ist, desto größer soll das Gewicht sein. Dadurch wird schnell eine hohe Präzision bei der Bestimmung der thermischen Verformung bzw. des thermischen Ausdehnungskoeffizienten erreicht.
- Werden bei jeder neuen Kalibrierung die Temperatur und die Kalibrierdaten ermittelt, so können die Temperatur-Korrekturdaten adaptiv verbessert werden. Auf diese Weise können über einen relativ kurzen Zeitraum für die Praxis ausreichend genaue Temperatur-Korrekturdaten ermittelt werden. Bei kontinuierlicher Aufzeichnung, etwa jeden Morgen, ist es auch möglich, schleichende Veränderungen des Taststifts oder eines anderen beobachteten Teils des KMG zu berücksichtigen, indem z. B. nur Temperatur- und Kalibrierdaten des letzen Jahres (oder eines anderen sinnvollen Zeitraums) zur Bestimmung der Korrekturdaten herangezogen werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist in bestehende Koordinatenmessgeräte integriert, vorzugsweise in Form eines Steuerungsprogramms, dass auf demjenigen Rechner läuft, der ohnehin das Koordinatenmessgerät steuert.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche Elemente. Im Einzelnen zeigt:
- Fig. 1
- einen auswechselbaren Taststift in der Seitenansicht;
- Fig. 2
- einen auswechselbaren Tastkopf in der Ansicht auf die Wechselfläche; und
- Fig. 3
- einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- In Fig. 1 ist ein Taststift dargestellt, der beispielsweise über die in der US-PS 4,637,119 beschriebene Wechseleinrichtung automatisch aus einem am Rande des Messbereichs des betreffenden Koordinatenmessgeräts aufgebauten Magazin aus eingewechselt werden kann. Dazu ist ein Wechselteller 1 vorgesehen, auf dessen Oberseite drei Zylinderkörper um 120° versetzt angeordnet sind. Mit diesen Zylinderkörpern, von denen in der Darstellung nach Fig. 1 nur ein Zylinderkörper, der Zylinderkörper 9a zu sehen ist, legt sich der Wechselteller 1 reproduzierbar an ein entsprechendes Gegenlager an der Unterseite des Tastkopfs am Koordinatenmessgerät an.
- Der Wechselteller 1 trägt an seiner Unterseite einen Montagewürfel 3, an den bis zu fünf Taststifte bzw. Taststiftkombinationen nach allen Seiten abstehend angeschraubt werden können. In der in Fig. 1 gezeigten Darstellung ist an die Unterseite des Montagewürfels 3 lediglich ein Taststift 4 angesetzt.
- Der tellerförmige Halter 1 ist außerdem mit einer umlaufenden Nut 2 versehen. In diese Nut greift ein gabelförmiger Träger des Magazins (nicht gezeigt) ein, in das der Taster abgelegt wird.
- Der Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur des Taststifts 4 sollte in gutem thermischen Kontakt mit dem Taststift stehen. Er kann beispielsweise in den Taststift integriert sein (siehe DE 88 13 875 U1). Wenn der Tastkopf und der Taststift aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Stahl oder Aluminium bestehen, kann es ausreichend sein, den Sensor in den Aufnahmeteller einzusetzen, der zur Befestigung des Taststifts dient. Aufgrund der Wärmeleitfähigkeit nimmt die komplette einzuwechselnde Einheit, bestehend aus Halter und Taststift, schnell die Temperatur des Tastkopfs an bzw. es kommt schnell zu einem Temperaturausgleich.
- In dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor in den Halter 1 integriert. In der aufgebrochenen Darstellung der Fig. 1 erkennt man, dass in den tellerförmigen Halter 1 ein Sensor 7, vorzugsweise in Form eines Platinwiderstands, eingesetzt ist. Dieser Sensor 7 befindet sich in gutem thermischen Kontakt mit dem Taststift 4 sowie den übrigen an den Montagewürfel 3 ansetzbaren Taststiften aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des metallischen Materials, aus dem die Teile 1, 3 und 4 hergestellt sind.
- Die Enden des Messwiderstands 7 sind an Kontaktstifte 5 an der Oberseite des Wechseltellers 1 gelegt. Auf diese Weise wird die am Messwiderstand abfallende Spannung an entsprechende Gegenkontakte im Tastkopf übertragen. Die übertragene Spannung wird von einer nachgeschalteten Messelektronik (nicht gezeigt) ausgewertet.
- Dadurch ist es möglich, einmal vorkalibrierte Taststifte unter wechselnden Umgebungstemperaturen einzusetzen. Da die Sensoren ständig in thermischem Kontakt mit dem Taster sind, nehmen sie dessen Temperatur hochgenau auf. Die Abfrage der Tastertemperatur kann deshalb ohne Zeitverzögerung in Bruchteilen einer Sekunde erfolgen.
- Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der komplette Tastkopf 14 mit dem darin nachgiebig gelagerten Taststift 18 über ein Verlängerungsstück 12 an dem tellerförmigen Halter 11 befestigt, der die Wechselfläche für ein automatisches Einwechseln an den Messarm eines Koordinatenmessgeräts trägt. Das Gehäuse des Tastkopfs 14, die Verlängerung 12 und der Wechselteller 11 sowie die die Teile miteinander verbindenden Überwurfmuttern 13a, 13b bestehen aus Aluminium und befinden sich - wegen der guten Wärmeleitfähigkeit des Materials - auf gleicher Temperatur.
- Ähnlich wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist in den Wechselteller 11 ein Temperatursensor 17 integriert, der in der Draufsicht gemäß Fig. 2 nicht sichtbar ist. Auch der Temperatursensor 17 ist ein Messwiderstand, der vorzugsweise in Vierleitertechnik betrieben wird. Seine Anschlüsse sind dazu auf vier der in der Draufsicht gemäß Fig. 2 sichtbaren Kontaktstifte 15 des Wechseltellers gelegt.
- Mit Temperatursensoren, die in Vierleitertechnik betrieben werden, werden bereits die Temperaturen anderer Komponenten eines Koordinatenmessgerätes, wie z. B. die der Maßstäbe erfasst. Der schaltungstechnische Aufwand lässt sich daher gering halten, da die Temperaturen der verschiedenen Messstellen (Maßstab, Werkstück, Taststift) im Multiplex-Betrieb von einem Prozessor abgefragt und ausgewertet werden können.
-
- 1
- Wechselteller (tellerförmige Halter)
- 2
- umlaufenden Nut
- 3
- Montagewürfel
- 4
- Taststift
- 5
- Kontaktstifte
- 7
- Sensor (Messwiderstand)
- 9a
- Zylinderkörper
- 11
- Wechselteller (tellerförmigen Halter)
- 12
- Verlängerungsstück
- 13a, 13b
- Überwurfmuttern
- 14
- Tastkopf
- 15
- Kontaktstifte
- 17
- Sensor (Messwiderstand)
- 18
- Taststift
- LX
- Taststiftlänge in x-Richtung
- LZ
- Taststiftlänge in z-Richtung
- R
- Referenzpunkt
Claims (4)
- Verfahren zur Korrektur des Temperaturfehlers bei einer Messung mit einem Koordinatenmessgerät mit folgenden Schritten:a) Bestimmung und Aufzeichnung der vorgefundenen Temperatur von wenigstens einem Teil des Koordinatenmessgeräts und Bestimmung und Aufzeichnung von Kalibrierdaten des wenigstens einen Teils des Koordinatenmessgeräts bei der vorgefundenen Temperatur;a1) wobei als das wenigstens eine Teil des Koordinatenmessgeräts wenigstens ein Taststift oder eine Taststiftkombination gewählt wird;a2) wobei die Bestimmung und Aufzeichnung der vorgefundenen Temperatur und/oder der Kalibrierdaten durch das Koordinatenmessgerät durchgeführt wird;a3) wobei die Kalibierdaten aus aufgenommenen Maschinenkoordinaten berechnet werden;b) mindestens einmalige Wiederholung von Schritt a) zu einem späteren Zeitpunkt und Aufzeichnung der zu dem späteren Zeitpunkt vorgefundenen neuen Temperatur und zugehörigen Kalibrierdaten;c) Ermittlung von Temperatur-Korrekturdaten für das wenigstens eine Teil des Koordinatenmessgeräts aus den aufgezeichneten Temperaturen und zugehörigen Kalibrierdaten;d) Bestimmen der Temperatur des wenigstens einen Teils des Koordinatenmessgeräts bei der Messung; unde) Auswahl geeigneter Temperatur-Korrekturdaten für das wenigstens eine Teil des Koordinatenmessgeräts aufgrund der bei der Messung bestimmten Temperatur des wenigstens einen Teils des Koordinatenmessgeräts.
- Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur-Korrekturdaten für jeden individuellen Taststift einzeln bestimmt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Kalibrierdaten bei der Ermittlung der Temperatur-Korrekturdaten entsprechend der Differenz der zu den Kalibrierdaten gehörigen Temperatur zu einer Referenztemperatur gewichtet werden.
- Koordinatenmessgerät
mit Mitteln zum Bestimmen und Aufzeichnen der vorgefundenen Temperatur von wenigstens einem Teil des Koordinatenmessgeräts und mit Mitteln zum Bestimmen und Aufzeichnen von Kalibrierdaten des wenigstens einen Teils des Koordinatenmessgeräts bei der vorgefundenen Temperatur;
wobei das wenigstens eine Teil des Koordinatenmessgeräts wenigstens ein Taststift oder eine Taststiftkombination ist;
mit Mitteln zum Berechnen der Kalibierdaten aus aufgenommenen Maschinenkoordinaten;
mit Mitteln zum mindestens einmaligen Wiederholen der Bestimmung von Temperatur und Kalibrierdaten zu einem späteren Zeitpunkt und mit Mitteln zum Aufzeichnen der zu dem späteren Zeitpunkt vorgefundenen neuen Temperatur und zugehörigen Kalibrierdaten;
mit Mitteln zum Ermitteln von Temperatur-Korrekturdaten für das wenigstens eine Teil des Koordinatenmessgeräts aus den aufgezeichneten Temperaturen und zugehörigen Kalibrierdaten;
mit Mitteln zum Bestimmen der Temperatur des wenigstens einen Teils des Koordinatenmessgeräts bei einer Messung; und
mit Mitteln zum Auswählen geeigneter Temperatur-Korrekturdaten für das wenigstens eine Teil des Koordinatenmessgeräts aufgrund der bei der Messung bestimmten Temperatur des wenigstens einen Teils des Koordinatenmessgeräts.
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